CN112253024B - 油气井油管清砂装置及清砂方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油气田开发生产及油气井生产管柱积砂清理作业技术领域，是一种油气井油管清砂装置及清砂方法，前者包括芯轴、护套、取砂筒和捞砂杯；后者包括以下步骤：第一步，通过钢丝试井车采用铅印装置探测生产管柱内积砂位置，根据油气井生产管柱结构计算油管内积砂量，从而确定作业次数。本发明结构合理而紧凑，通过上下反复移动芯轴，滑块在轨道凹槽内往复并沿圆周运动，继而使护套和取砂筒沿圆周运动，啃削齿切削的积砂被引导至螺旋凹槽内向上移动，最终落入捞砂杯内，为油气井正常生产提供必要的生产通道，实现不动管柱清砂作业，投资少，施工作业简单，而且不会对气井原始井况有任何影响，具有安全、省力、简便、高效的特点。

Description

油气井油管清砂装置及清砂方法

技术领域

本发明涉及油气田开发生产及油气井生产管柱积砂清理作业技术领域，是一种油气井油管清砂装置及清砂方法。

背景技术

在油气井生产过程中，随着地层压力的不断亏空及压裂等原因往往会出现出砂、结垢等问题，尤其是出砂严重影响油气井正常生产，因为随着出砂在生产油管的不断堆积会将生产通道堵塞，从而导致油气井无法生产，严重制约油气井正常生产，一般的清砂方法为连续油管冲砂或起管柱修井，这两种工艺不仅投资大、耗时长、作业面积大，有安全环保风险，而且不同程度的影响气井原始井况，即使能够实现油气井生产管柱积砂清理，后续气井能否正常生产也难以保证，对油气井无伤害、低伤害的清砂方法是现场技术人员一直探索的方向。

发明内容

本发明提供了一种油气井油管清砂装置及清砂方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有一般的清砂装置及方法存在的投资大、耗时长、作业面积大、有安全环保风险而且不同程度的影响气井原始井况，后续气井能否正常生产也难以保证的问题。

本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种油气井油管清砂装置，包括芯轴、护套、取砂筒和捞砂杯，取砂筒呈竖向设置的中空管状结构，取砂筒上部内侧设有内环槽，取砂筒内壁上设有上端与内环槽连通且下端延伸至取砂筒下端面的螺旋凹槽，取砂筒下端面沿圆周均布有若干个沿螺旋凹槽螺旋方向切削的啃削齿，取砂筒内套装有上端开口下端封闭的筒状结构的捞砂杯，捞砂杯上端沿周向间隔均布有若干个上端卡设于内环槽内的耳环，取砂筒上端外侧与护套下端内侧固定安装在一起，护套内侧套装有上端位于护套上方的芯轴，芯轴上部外侧固定有下端面与护套上端面相接触的外环台，护套上部内侧固定安装有滑块，芯轴外侧设有轨道滑槽，轨道滑槽包括定位槽、连通槽和滑移槽，芯轴上部外侧设有若干个沿圆周间隔均布且呈矩形的定位槽，每相邻的两个定位槽下部之间均通过“V”形的连通槽相连通，每个连通槽下侧均与下侧延伸至芯轴下部外侧且呈矩形的滑移槽上侧相连通，每个定位槽于水平面上的投影均位于对应位置的连通槽右部于水平面上的投影内部，每个滑移槽于水平面上的投影均位于对应位置的连通槽左部于水平面上的投影内部，滑块滑动安装于定位槽上部。

下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：

上述芯轴上端外侧可具有与加重装置连接的外螺纹，芯轴的外环台直径、护套的外径以及取砂筒的外径相同，芯轴下端外侧为上大下小的锥面，芯轴下端与取砂筒上端之间的距离介于20mm至30mm之间，轨道凹槽于芯轴径向方向上的深度介于5mm至6mm。

上述护套上部可设有两个径向贯通的安装孔，每个安装孔上端内壁至护套上端面的距离均介于45mm至50mm之间，每个安装孔内均固定安装有滑块，每个滑块远离护套外侧的一侧均滑动安装于对应位置的定位槽内，滑块沿护套径向方向的高度不大于护套的壁厚与轨道凹槽的深度之和。

上述捞砂杯上端可固定有两个对称分布的耳环，耳环于两个侧面之间的宽度介于10mm至12mm之间，耳环于上下向上的长度为螺旋凹槽螺距的1.5倍至1.8倍，捞砂杯外侧与取砂筒内侧之间的距离介于3mm至4mm之间，捞砂杯下端外侧为上大下小的锥面，捞砂杯的容积不小于1升。

上述螺旋凹槽的旋向可为右旋，螺旋凹槽的深度介于6mm至7mm之间。

上述滑块于轨道滑槽内滑动的竖直距离可不小于1m，滑块的最低抗拉极限载荷为7吨。

本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种使用上述油气井油管清砂装置的清砂方法，包括以下步骤：

第一步，通过钢丝试井车采用铅印装置探测生产管柱内积砂位置，根据油气井生产管柱结构计算油管内积砂量，从而确定作业次数；

第二步，将油气井油管清砂装置的芯轴上部与相应的加重装置连接，加重装置上部连接钢丝绳帽，钢丝绳穿过井口简易防喷器与钢丝绳帽连接；

第三步，关闭油气井生产管柱，连接简易防喷管，此时由油气井油管清砂装置及加重装置组成的工具串均在简易防喷管内部，将简易防喷管与油气井采气树上部连接好后，打开采气树相关井口阀门；

第四步，通过钢丝试井车缓慢下放加重装置和油气井油管清砂装置，下放速度不大于5m/s，此时护套在重力作用下，芯轴的外环台与护套上端相远离，并记录重量；

第五步，当取砂筒下端下放至生产管柱砂面位置时，加速下放，在加重装置及芯轴的重力作用下，芯轴轨道凹槽的斜面与滑块接触，并催动滑块、护套以及取砂筒沿顺时针方向旋转，取砂筒下端面啃削齿啃削生产管柱内积砂，积砂沿取砂筒内部的螺旋凹槽缓慢向上部移动，油气井油管清砂装置下放到位并静止3s后，上提1m，再次瞬间释放钢丝，反复冲击，直至砂体沿取砂筒内部螺旋凹槽上移并跌落于捞砂杯内部；

第六步，多次按照第五步实施后，上提工具10m至15m，记录重量，并与第四步所记录的重量核对，当重量明显增加时，上提由油气井油管清砂装置及加重装置组成的工具串；

第七步，拆卸井口装置清理油气井油管清砂装置内部砂体，重复第二步至第六步开展清砂作业，直至清理至生产管柱底部；

第八步，清砂作业结束后，恢复原井地面状态，整理设备退出作业现场，持续关注清砂作业后油气井生产状况。

本发明结构合理而紧凑，通过上下反复移动芯轴，滑块在轨道凹槽内往复并沿圆周运动，继而使护套和取砂筒沿圆周运动，啃削齿切削的积砂被引导至螺旋凹槽内向上移动，最终落入捞砂杯内，为油气井正常生产提供必要的生产通道，实现不动管柱清砂作业，投资少，施工作业简单，而且不会对气井原始井况有任何影响，具有安全、省力、简便、高效的特点。

附图说明

附图1为本发明的主视剖视结构示意图。

附图2为取砂筒的主视剖视结构示意图。

附图3为捞砂杯的立体结构示意图。

附图4为轨道凹槽的展开结构示意图。

附图5为本发明使用时的主视剖视结构示意图。

附图中的编码分别为：1为芯轴，2为护套，3为取砂筒，4为捞砂杯，5为耳环，6为滑块，7为外环台，8为啃削齿，9为内环槽，10为螺旋凹槽，11为定位槽，12为连通槽，13为滑移槽。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

在本发明中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图的布图方向来确定的。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：

实施例一：如附图1、2、3、4、5所示，该油气井油管清砂装置包括芯轴1、护套2、取砂筒3和捞砂杯4，取砂筒3呈竖向设置的中空管状结构，取砂筒3上部内侧设有内环槽9，取砂筒3内壁上设有上端与内环槽9连通且下端延伸至取砂筒3下端面的螺旋凹槽10，取砂筒3下端面沿圆周均布有若干个沿螺旋凹槽10螺旋方向切削的啃削齿8，取砂筒3内套装有上端开口下端封闭的筒状结构的捞砂杯4，捞砂杯4上端沿周向间隔均布有若干个上端卡设于内环槽9内的耳环5，取砂筒3上端外侧与护套2下端内侧固定安装在一起，护套2内侧套装有上端位于护套2上方的芯轴1，芯轴1上部外侧固定有下端面与护套2上端面相接触的外环台7，护套2上部内侧固定安装有滑块6，芯轴1外侧设有轨道滑槽，轨道滑槽包括定位槽11、连通槽12和滑移槽13，芯轴1上部外侧设有若干个沿圆周间隔均布且呈矩形的定位槽11，每相邻的两个定位槽11下部之间均通过“V”形的连通槽12相连通，每个连通槽12下侧均与下侧延伸至芯轴1下部外侧且呈矩形的滑移槽13上侧相连通，每个定位槽11于水平面上的投影均位于对应位置的连通槽12右部于水平面上的投影内部，每个滑移槽13于水平面上的投影均位于对应位置的连通槽12左部于水平面上的投影内部，滑块6滑动安装于定位槽11上部。

根据需求，取砂筒3下端面沿圆周均布有若干个沿顺时针方向切削的啃削齿8，定位槽11的数量为偶数个，滑块6在所述轨道滑槽内侧上下往复移动时能够使护套2沿与螺旋凹槽10旋向相一致的方向转动，芯轴1的最大外径与油管内径的差值介于6mm至8mm之间，取砂筒3内环槽9的深度4mm，高度12mm，啃削齿8沿顺时针方向位于前方的侧面从左至右由外至内倾斜，啃削齿8和取砂筒3一体设置，且与竖直面之间的的夹角为45度，高度为20mm，这样啃削齿8在沿顺时针方向转动过程中，油管内的积砂沿啃削齿8向上被向内移动，从而移动至螺旋凹槽10内，外环台7为上小下大的圆台形。在使用过程中，通过上下反复移动芯轴1，滑块6在轨道凹槽内往复并沿圆周运动，继而使护套2和取砂筒3沿圆周运动，啃削齿8切削的积砂被引导至螺旋凹槽10内向上移动，最终落入捞砂杯4内，为油气井正常生产提供必要的生产通道，实现不动管柱清砂作业，投资少，施工作业简单，而且不会对气井原始井况有任何影响，本发明结构合理而紧凑，具有安全、省力、简便、高效的特点。

可根据实际需要，对上述油气井油管清砂装置作进一步优化或/和改进：

如附图1、5所示，芯轴1上端外侧具有与加重装置连接的外螺纹，芯轴1的外环台7直径、护套2的外径以及取砂筒3的外径相同，芯轴1下端外侧为上大下小的锥面，芯轴1下端与取砂筒3上端之间的距离介于20mm至30mm之间，轨道凹槽于芯轴1径向方向上的深度介于5mm至6mm。

在使用过程中，芯轴1下端外侧为上大下小的锥面能够起到引导作用，使芯轴1正常下落，芯轴1下端与取砂筒3上端之间的距离介于20mm至30mm之间，能够提高安装孔上部护套2的强度，防止上提芯轴1时滑块6使护套2上部变形失效，轨道凹槽于芯轴1径向方向上的深度介于5mm至6mm，能够增大滑块6在轨道凹槽内的深度，提高滑块6的抗拉强度，降低本发明的故障率。

如附图1、4、5所示，护套2上部设有两个径向贯通的安装孔，每个安装孔上端内壁至护套2上端面的距离均介于45mm至50mm之间，每个安装孔内均固定安装有滑块6，每个滑块6远离护套2外侧的一侧均滑动安装于对应位置的定位槽11内，滑块6沿护套2径向方向的高度不大于护套2的壁厚与轨道凹槽的深度之和。

根据需求，安装孔呈左右对称分布。在使用过程中，通过这样的设置，能够提高护套2与芯轴1之间的连接强度，滑块6沿护套2径向方向的高度不大于护套2的壁厚与轨道凹槽的深度之和使滑块6外侧位于安装孔内侧，便于固定安装滑块6，使本发明的外径一致，能在油管内上下移动。

如附图1、2、3、5所示，捞砂杯4上端固定有两个对称分布的耳环5，耳环5于两个侧面之间的宽度介于10mm至12mm之间，耳环5于上下向上的长度为螺旋凹槽10螺距的1.5倍至1.8倍，捞砂杯4外侧与取砂筒3内侧之间的距离介于3mm至4mm之间，捞砂杯4下端外侧为上大下小的锥面，捞砂杯4的容积不小于1升。

根据需求，耳环5与取砂筒3的内环槽9相配合，实现捞砂杯4悬挂，耳环5顶部外侧于上下向上的厚度为10mm，捞砂杯4下端外侧为60度的锥面。在使用过程中，耳环5于上下向上的长度为螺旋凹槽10螺距的1.5倍至1.8倍，能够满足螺旋凹槽10内砂可落于实现捞砂杯4的内腔内，捞砂杯4外侧与取砂筒3内侧之间的距离介于3mm至4mm之间，捞砂杯4下端外侧为上大下小的锥面，有利于砂体在捞砂杯4外侧与取砂筒3内侧之间上行，捞砂杯4容积不小于1L能够提高清砂效率。本发明单次清砂结束后，从井内取出后，拆卸取砂筒3与护套2，由取砂筒3下端通过气吹可清理取砂筒3螺旋凹槽10内砂体，再通过专用工具收缩捞砂杯4耳环5可取出捞砂杯4，从而实现工具清理，清理后可再次装配入井。

如附图1、2、5所示，螺旋凹槽10的旋向为右旋，螺旋凹槽10的深度介于6mm至7mm之间。

在使用过程中，通过这样的设置，啃削齿8切削后的积砂能够沿螺旋凹槽10上升并掉落至捞砂杯4内，螺旋凹槽10的深度介于6mm至7mm之间，能够增大沿螺旋凹槽10内上升的积砂量，提高工作效率。

如附图1、4、5所示，滑块6于轨道滑槽内滑动的竖直距离不小于1m，滑块6的最低抗拉极限载荷为7吨。

根据需求，滑块6的材质为需经渗碳淬火的20CrMnTi，满足抗冲击韧性和耐疲劳强度性能，滑块6通过焊接或螺栓护套2固定安装在一起,滑块6于轨道凹槽的滑移槽13最下端处受到芯轴1和护套2的最低抗拉极限载荷为7吨。在使用过程中，滑块6于轨道滑槽内滑动的竖直距离不小于1m能够提高清砂效率，滑块6的最低抗拉极限载荷为7吨能够保证本发明连接的最薄弱处的强度，防止在上体芯轴1时滑块6断裂使护套2和取砂筒3掉落，影响后续的清砂作业。

实施例二：如附图1、5所示，一种使用上述油气井油管清砂装置的清砂方法，包括以下步骤：

第一步，通过钢丝试井车采用铅印装置探测生产管柱内积砂位置，根据油气井生产管柱结构计算油管内积砂量，从而确定作业次数；

第二步，将油气井油管清砂装置的芯轴1上部与相应的加重装置连接，加重装置上部连接钢丝绳帽，钢丝绳穿过井口简易防喷器与钢丝绳帽连接；

第三步，关闭油气井生产管柱，连接简易防喷管，此时由油气井油管清砂装置及加重装置组成的工具串均在简易防喷管内部，将简易防喷管与油气井采气树上部连接好后，打开采气树相关井口阀门；

第四步，通过钢丝试井车缓慢下放加重装置和油气井油管清砂装置，下放速度不大于5m/s，此时护套2在重力作用下，芯轴1的外环台7与护套2上端相远离，并记录重量；

第五步，当取砂筒3下端下放至生产管柱砂面位置时，加速下放，在加重装置及芯轴1的重力作用下，芯轴1轨道凹槽的斜面与滑块6接触，并催动滑块6、护套2以及取砂筒3沿顺时针方向旋转，取砂筒3下端面啃削齿8啃削生产管柱内积砂，积砂沿取砂筒3内部的螺旋凹槽10缓慢向上部移动，油气井油管清砂装置下放到位并静止3s后，上提1m，再次瞬间释放钢丝，反复冲击，直至砂体沿取砂筒3内部螺旋凹槽10上移并跌落于捞砂杯4内部；

第六步，多次按照第五步实施后，上提工具10m至15m，记录重量，并与第四步所记录的重量核对，当重量明显增加时，上提由油气井油管清砂装置及加重装置组成的工具串；

第七步，拆卸井口装置清理油气井油管清砂装置内部砂体，重复第二步至第六步开展清砂作业，直至清理至生产管柱底部；

第八步，清砂作业结束后，恢复原井地面状态，整理设备退出作业现场，持续关注清砂作业后油气井生产状况。

本清砂方法可以实现不动管柱清砂作业，投资少，施工作业简单，通过加重装置的重力及冲击载荷作用下可以实现压实积砂体的破坏，解除生产管柱的积砂问题，并且不会对生产管柱产生破坏，相对于一般的投资大、耗时长、作业面积大、有安全环保风险而且不同程度的影响气井原始井况以及后续气井能否正常生产也难以保证的清砂方法为连续油管冲砂或起管柱修井，是一种有效的生产管柱清砂、清障装置及方法。

以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

Claims (10)

1.一种油气井油管清砂装置，其特征在于包括芯轴、护套、取砂筒和捞砂杯，取砂筒呈竖向设置的中空管状结构，取砂筒上部内侧设有内环槽，取砂筒内壁上设有上端与内环槽连通且下端延伸至取砂筒下端面的螺旋凹槽，取砂筒下端面沿圆周均布有若干个沿螺旋凹槽螺旋方向切削的啃削齿，取砂筒内套装有上端开口下端封闭的筒状结构的捞砂杯，捞砂杯上端沿周向间隔均布有若干个上端卡设于内环槽内的耳环，取砂筒上端外侧与护套下端内侧固定安装在一起，护套内侧套装有上端位于护套上方的芯轴，芯轴上部外侧固定有下端面与护套上端面相接触的外环台，护套上部内侧固定安装有滑块，芯轴外侧设有轨道滑槽，轨道滑槽包括定位槽、连通槽和滑移槽，芯轴上部外侧设有若干个沿圆周间隔均布且呈矩形的定位槽，每相邻的两个定位槽下部之间均通过“V”形的连通槽相连通，每个连通槽下侧均与下侧延伸至芯轴下部外侧且呈矩形的滑移槽上侧相连通，每个定位槽于水平面上的投影均位于对应位置的连通槽右部于水平面上的投影内部，每个滑移槽于水平面上的投影均位于对应位置的连通槽左部于水平面上的投影内部，滑块滑动安装于定位槽上部。

2.根据权利要求1所述的油气井油管清砂装置，其特征在于芯轴上端外侧具有与加重装置连接的外螺纹，芯轴的外环台直径、护套的外径以及取砂筒的外径相同，芯轴下端外侧为上大下小的锥面，芯轴下端与取砂筒上端之间的距离介于20mm至30mm之间，轨道凹槽于芯轴径向方向上的深度介于5mm至6mm。

3.根据权利要求2所述的油气井油管清砂装置，其特征在于护套上部设有两个径向贯通的安装孔，每个安装孔上端内壁至护套上端面的距离均介于45mm至50mm之间，每个安装孔内均固定安装有滑块，每个滑块远离护套外侧的一侧均滑动安装于对应位置的定位槽内，滑块沿护套径向方向的高度不大于护套的壁厚与轨道凹槽的深度之和。

4.根据权利要求1或2或3所述的油气井油管清砂装置，其特征在于捞砂杯上端固定有两个对称分布的耳环，耳环于两个侧面之间的宽度介于10mm至12mm之间，耳环于上下向上的长度为螺旋凹槽螺距的1.5倍至1.8倍，捞砂杯外侧与取砂筒内侧之间的距离介于3mm至4mm之间，捞砂杯下端外侧为上大下小的锥面，捞砂杯的容积不小于1升。

5.根据权利要求1或2或3所述的油气井油管清砂装置，其特征在于螺旋凹槽的旋向为右旋，螺旋凹槽的深度介于6mm至7mm之间。

6.根据权利要求4所述的油气井油管清砂装置，其特征在于螺旋凹槽的旋向为右旋，螺旋凹槽的深度介于6mm至7mm之间。

7.根据权利要求1或2或3或6或所述的油气井油管清砂装置，其特征在于滑块于轨道滑槽内滑动的竖直距离不小于1m，滑块的最低抗拉极限载荷为7吨。

8.根据权利要求4或所述的油气井油管清砂装置，其特征在于滑块于轨道滑槽内滑动的竖直距离不小于1m，滑块的最低抗拉极限载荷为7吨。

9.根据权利要求5或所述的油气井油管清砂装置，其特征在于滑块于轨道滑槽内滑动的竖直距离不小于1m，滑块的最低抗拉极限载荷为7吨。

10.一种使用如权利要求1至9中任一项所述的油气井油管清砂装置的清砂方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步，通过钢丝试井车采用铅印装置探测生产管柱内积砂位置，根据油气井生产管柱结构计算油管内积砂量，从而确定作业次数；

第二步，将油气井油管清砂装置的芯轴上部与相应的加重装置连接，加重装置上部连接钢丝绳帽，钢丝绳穿过井口简易防喷器与钢丝绳帽连接；

第三步，关闭油气井生产管柱，连接简易防喷管，此时由油气井油管清砂装置及加重装置组成的工具串均在简易防喷管内部，将简易防喷管与油气井采气树上部连接好后，打开采气树相关井口阀门；

第四步，通过钢丝试井车缓慢下放加重装置和油气井油管清砂装置，下放速度不大于5m/s，此时护套在重力作用下，芯轴的外环台与护套上端相远离，并记录重量；

第五步，当取砂筒下端下放至生产管柱砂面位置时，加速下放，在加重装置及芯轴的重力作用下，芯轴轨道凹槽的斜面与滑块接触，并催动滑块、护套以及取砂筒沿顺时针方向旋转，取砂筒下端面啃削齿啃削生产管柱内积砂，积砂沿取砂筒内部的螺旋凹槽缓慢向上部移动，油气井油管清砂装置下放到位并静止3s后，上提1m，再次瞬间释放钢丝，反复冲击，直至砂体沿取砂筒内部螺旋凹槽上移并跌落于捞砂杯内部；

第六步，多次按照第五步实施后，上提工具10m至15m，记录重量，并与第四步所记录的重量核对，当重量明显增加时，上提由油气井油管清砂装置及加重装置组成的工具串；

第七步，拆卸井口装置清理油气井油管清砂装置内部砂体，重复第二步至第六步开展清砂作业，直至清理至生产管柱底部；

第八步，清砂作业结束后，恢复原井地面状态，整理设备退出作业现场，持续关注清砂作业后油气井生产状况。

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